本發(fā)明涉及軌道交通列車定位與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于rfid(radiofrequencyidentification--無線射頻識別)地面信標(biāo)的軌道交通列車擬合定位方法

背景技術(shù)：

列車定位是軌道交通控制系統(tǒng)中一項關(guān)鍵性的技術(shù)，精確、實時地獲取列車的位置信息是軌道交通控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)?；诘孛嫘艠?biāo)的列車定位是目前軌道交通廣泛運用的一種定位方式。安裝于兩根鋼軌中心枕木上的地面信標(biāo)，在列車通過并接收到車載查詢器發(fā)送的功率載波時被激活，向車載查詢器發(fā)送地面信標(biāo)的物理位置信息，實現(xiàn)車載定位系統(tǒng)及軌道交通列車地面監(jiān)控中心對列車當(dāng)前位置的定位和跟蹤。地面信標(biāo)提供了地面信標(biāo)所在點的精確位置信息，相鄰地面信標(biāo)之間的列車定位則采用航跡的方法實現(xiàn)。列車的運動可以看作是在二維平面坐標(biāo)系(x,y)中的運動，已知列車的起始位置(x0,y0)和初始航向角，通過實時測量列車的行駛距離和航向角的變化，就可實時推算出列車的位置。航跡推算是一個誤差累計的過程，航跡推算系統(tǒng)的誤差是一個發(fā)散的過程。目前的航跡推算系統(tǒng)基本組成包括測量航向的羅盤、角速度陀螺和測量距離變化的加速度計、里程儀、多普勒雷達(dá)。由于傳感器的測量存在誤差，定位誤差將隨時間推移而累加。尤其當(dāng)航向信息的精度較差時，航跡推算系統(tǒng)推算出的列車軌跡將很快偏離實際行駛軌跡。為提高航向信息精度，提高航跡推算的精度，往往采用多個航向傳感器的信息融合。因此，系統(tǒng)硬度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時還需要良好的數(shù)據(jù)融合算法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合定位方法，簡化現(xiàn)有列車軌跡推算系統(tǒng)中系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和算法，減少地面信標(biāo)鋪設(shè)數(shù)量，提高定位精度，提高系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合定位方法，所述線路擬合定位方法包括下列步驟：

當(dāng)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，將地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由有線信道傳送至車載定位系統(tǒng)；

車載定位系統(tǒng)將所述epc編碼，通過軌道交通的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機；

車載定位系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫副本，利用定位數(shù)據(jù)庫提供的線路擬合參數(shù)a/b/c/d，結(jié)合車載里程計提供的速度和里程，實現(xiàn)車載定位系統(tǒng)對相鄰地面信標(biāo)之間的擬合定位；

軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以所述epc編碼為索引，檢索定位數(shù)據(jù)庫，利用定位數(shù)據(jù)庫提供的線路擬合參數(shù)a/b/c/d，結(jié)合車載里程計提供的速度和里程，實現(xiàn)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)對相鄰地面信標(biāo)之間的擬合定位。

進一步地，所述地面信標(biāo)為封裝于由聚脂材料熱壓成型的密閉容器內(nèi)的通用高頻rfid電子標(biāo)簽，該rfid電子標(biāo)簽具有唯一的epc編碼。

進一步地，將地面信標(biāo)的epc編碼按照rfid射頻讀寫協(xié)議發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端。

進一步地，所述車載地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)由rs485或rs232c信道傳送至車載定位系統(tǒng)。

進一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機中，所述定位數(shù)據(jù)庫副本存儲于車載定位系統(tǒng)的計算機中，所述定位數(shù)據(jù)庫與所述定位數(shù)據(jù)庫副本的內(nèi)容對于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機為可讀可寫信息，所述定位數(shù)據(jù)庫副本的內(nèi)容對于車載定位系統(tǒng)為只讀信息。

進一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫和所述定位數(shù)據(jù)庫副本的主索引為所述地面信標(biāo)的epc編碼。

進一步地，所述定位數(shù)據(jù)庫與所述定位數(shù)據(jù)庫副本的內(nèi)容由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機，在一定安全級別的信息安全授權(quán)和保護下，進行數(shù)據(jù)同步實時更新。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明利用軌道交通列車軌道建設(shè)中已經(jīng)建立起的地理位置信息(包括地面信標(biāo)點精確位置、相鄰地面信標(biāo)之間的曲線類型和曲線方程參數(shù))，對地面信標(biāo)之間的線路進行擬合定位。除道岔、站內(nèi)等特殊位置點外，理論上，只需在線路曲線類型發(fā)生改變的地點(直線變緩和曲線、緩和曲線變圓曲線等處)設(shè)置地面信標(biāo)((現(xiàn)有的地面應(yīng)答器，需5m鋪設(shè)1個地面應(yīng)答器)，在定位精度得到提升的同時，大大減少了地面信標(biāo)的鋪設(shè)數(shù)量，降低了軌道交通定位地面裝置鋪設(shè)、維護的成本和工程量。

附圖說明

圖1是實施例中基于地面信標(biāo)的軌道交通列車定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是軌道交通鐵路線路中直線示意圖；

圖2(b)是軌道交通鐵路線路中圓曲線示意圖；

圖2(c)是軌道交通鐵路線路中連接直線與圓曲線的緩和曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明中公開的一種基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合定位方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

列車定位是軌道交通控制系統(tǒng)中一項關(guān)鍵性技術(shù)，精確、實時地獲取列車的位置信息是軌道交通控制的基礎(chǔ)。本實施例公開了一種基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合方法，為構(gòu)成地面信標(biāo)-衛(wèi)星定位-航跡推算組合型列車定位系統(tǒng)，實現(xiàn)軌道交通列車“小編組，高密度”的行車組織模式提供技術(shù)支持。

本發(fā)明技術(shù)包括：1)基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2)航跡推算算法；3)定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

地面信標(biāo)被安裝于列車軌道兩根鋼軌中心的枕木上。地面信標(biāo)讀寫終端安裝于列車底部相應(yīng)位置，以保證列車運行時，從正上方通過地面信標(biāo)。地面信標(biāo)讀寫終端通過rs232c或rs458連接至車載的列車控制計算機系統(tǒng)。車載列車控制計算機系統(tǒng)(簡稱車載定位系統(tǒng))，通過軌道交通現(xiàn)有的通信信道，與設(shè)計于地面的軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機連接。

地面信標(biāo)為封裝于由聚脂材料熱壓成型的密閉容器內(nèi)的通用高頻(433mhz/915mhz)rfid電子標(biāo)簽，標(biāo)簽具有唯一的epc編碼。

定位數(shù)據(jù)庫存儲于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機中，副本存儲于車載定位系統(tǒng)的計算機中。定位數(shù)據(jù)庫與副本數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，對于軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)的計算機為可讀可寫信息，可由軌道交通列車地面監(jiān)控中心的計算機，在一定安全級別的信息安全授權(quán)和保護下，進行數(shù)據(jù)同步實時更新。存放于車載定位系統(tǒng)計算機中的定位數(shù)據(jù)庫副本，對于車載定位系統(tǒng)為只讀信息。定位數(shù)據(jù)庫的主索引為地面信標(biāo)的epc編碼。

定位數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義如下。

功能：索引值為地面信標(biāo)epc編碼，提供線路擬合參數(shù).

表1.定位數(shù)據(jù)庫dbasen0002記錄結(jié)構(gòu)

利用定位數(shù)據(jù)庫提供的線路擬合參數(shù)，可實現(xiàn)對相鄰地面信標(biāo)之間位置的線性和非線性擬合定位。

線路擬合原理：

根據(jù)國家《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，軌道交通鐵路線路由直線、圓曲線以及連接直線與圓曲線的緩和曲線組成，見圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)。

根據(jù)國家《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》，直線、圓曲線和緩和曲線的曲線方程分別為：

直線方程：y＝bx+c；

圓曲線方程用拋物線方程近似：y＝ax²+bx+c；

緩和曲線方程：

線路擬合一般方程：y＝ax³+bx²+cx+d；

對于直線，線路擬合一般方程參數(shù)定義為：a＝0,b＝0,c＝b,d＝c；

對于圓曲線,線路擬合一般方程參數(shù)定義為：a＝0,b＝a,c＝b,d＝c；

對于緩和曲線,線路擬合一般方程參數(shù)定義為：b＝0,c＝0,d＝0

根據(jù)附圖3，本實施例中基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合定位方法的具體步驟如下：

1)當(dāng)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，按照rfid射頻讀寫協(xié)議，將本地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由rs485/rs232c信道傳送至車載定位系統(tǒng)。

2)車載定位系統(tǒng)將該epc編碼，通過軌道交通現(xiàn)有的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心的計算機。

3)車載定位系統(tǒng)以此epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫副本，利用定位數(shù)據(jù)庫提供的線路擬合參數(shù)a/b/c/d，結(jié)合車載里程計提供的速度和里程，實現(xiàn)車載定位系統(tǒng)對相鄰地面信標(biāo)之間的擬合定位。

4)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以此epc編碼為索引，檢索定位數(shù)據(jù)庫，利用定位數(shù)據(jù)庫提供的線路擬合參數(shù)a/b/c/d，結(jié)合車載里程計提供的速度和里程，實現(xiàn)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)對相鄰地面信標(biāo)之間的擬合定位。

5)根據(jù)實際控制需要，制定具有一定安全權(quán)限的定位數(shù)據(jù)庫更新流程，由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)，進行定位數(shù)據(jù)庫信息的修改和更新。由軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)確保全范圍定位數(shù)據(jù)庫信息的一致性。

實施例二

本發(fā)明實施例中地面信標(biāo)(rfid標(biāo)簽)：采用深圳捷通科技jt-305超高頻長條抗金屬無源rfid電子標(biāo)簽，支持epcglobalc1gen2與iso18000-6c協(xié)議,工作頻率860-960mhz；讀寫靈敏度-17dbm，標(biāo)簽芯片:alienh3；96位epc碼,512位用戶數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)存儲時間10年，可重復(fù)擦寫次數(shù)：10萬次。讀取距離：5m(配合jt-8280讀寫器)。

本發(fā)明實施例中地面信標(biāo)讀寫終端：采用深圳捷通科技jt-8280a超高頻rfid讀寫器，支持iso18000-6c(epcg2)協(xié)議，工作頻率902-928mhz，通信接口wiegand26\34\42、rj45、rs232數(shù)據(jù)接口，穩(wěn)定工作距離5m.電源要求dc-7.5-12v,3a。

本發(fā)明實施例中車載定位系統(tǒng)與地面監(jiān)控中心無線通信接口：采用濟南有人物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司的gprs通信模塊usr-gprs232-710。無線標(biāo)準(zhǔn)：gsm/gprs，標(biāo)準(zhǔn)頻段：850/900/1800/1900mhz四頻，發(fā)射功率：gsm900lass4(2w)/dcs1800class1(1w)；gprsterminaldeviceclass：classb，gprsmulti-slotclass：gprsclass10，gprscodingschemes：cs1-cs4，數(shù)據(jù)接口波特率300bps-115200bps。

本發(fā)明實施例中基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合定位方法的具體步驟如下：

1)安裝于列車底部的地面信標(biāo)讀寫終端經(jīng)過地面信標(biāo)正上方時，安裝于列車軌道兩軌間的枕木中心的無源地面信標(biāo)，按照rfid射頻讀寫協(xié)議，將本地面信標(biāo)的epc編碼發(fā)送給車載地面信標(biāo)讀寫終端，并經(jīng)由rs232c信道傳送至車載定位系統(tǒng)。

2)車載定位系統(tǒng)將該epc編碼，通過usr-gprs232-710接口建立的無線信道傳送至軌道交通列車地面監(jiān)控中心的計算機。

3)車載定位系統(tǒng)以此epc編碼為索引，檢索存儲于車載定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)庫副本，讀出當(dāng)前地面信標(biāo)前后信標(biāo)相關(guān)信息，及相鄰上行和相鄰下行信標(biāo)與本地面信標(biāo)之間的路段擬合參數(shù)a/b/c/d，實現(xiàn)對相鄰地面信標(biāo)間位置的擬合定位，在車載定位系統(tǒng)中實現(xiàn)對列車的實時定位跟蹤和顯示。

4)軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)以此epc編碼為索引，檢索定位數(shù)據(jù)庫，讀出當(dāng)前地面信標(biāo)前后信標(biāo)相關(guān)信息，及相鄰上行和相鄰下行信標(biāo)與本地面信標(biāo)之間的路段擬合參數(shù)a/b/c/d，實現(xiàn)對地面信標(biāo)間位置的擬合，在軌道交通列車地面監(jiān)控中心系統(tǒng)中實現(xiàn)對列車的實時定位跟蹤和顯示。

綜上所述，本發(fā)明針對軌道交通列車航跡推算的實際情況，借助于rfid地面信標(biāo)所提供的軌道曲線信息，解決現(xiàn)有軌道交通列車航跡推算系統(tǒng)中存在的下列問題：1)地面信標(biāo)鋪設(shè)數(shù)量巨大；2)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜；3)定位精度低；4)多航向傳感器數(shù)據(jù)融合算法復(fù)雜。本發(fā)明公開的一種基于rfid地面信標(biāo)的軌道交通列車線路擬合方法，簡化現(xiàn)有列車軌跡推算系統(tǒng)中系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和算法，減少地面信標(biāo)鋪設(shè)數(shù)量，提高定位精度，提高系統(tǒng)的可靠性。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。